第十一章2-11.2-晶闸管-电动机直流传动控制系统-机电传动控制-煤化学课件.ppt

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1、11.2 晶闸管电动机直流传动控制系统晶闸管电动机直流传动控制系统11.2.1 单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统 一、有静差调速系统一、有静差调速系统 单单纯纯由由被被调调量量负负反反馈馈组组成成的的按按比比例例控控制制的的单单闭闭环环系统属有静差的自动调节系统，简称有静差调速系统；系统属有静差的自动调节系统，简称有静差调速系统；（一）转速负反馈调速系统（一）转速负反馈调速系统 1.基本组成基本组成 测测速速发发电电机机：与与直直流流电电动动机机M同同轴轴相相连连，即即两两者者的的速速度度相相同同，测测速速发发电电机机用用来来测测量量电电动动机的速度，称检测元件；机的速度，称检测元件；转转

2、换换元元件件：将将测测速速发发电电机机的的转转速速转转换换成成电电压压信信号号以以便便与与给给定定电压进行比较。电压进行比较。给定电位器：给定电位器：调节调节Rg的位置可的位置可改变给定电压改变给定电压Ug的大小的大小。放大器：放大器：将外加电将外加电压和反馈信号经转换后压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。的电压之差进行放大。触触发发电电路路：将将放放大大器器放放大大后后的的电电压压信信号号变变为为脉脉冲冲型型号号去去控控制整流电路的输出大小。制整流电路的输出大小。整整流流电电路路：变变交交流流电电压压为为直直流流电电压压，输输出出电电压压大大小小由由触触发发电电路路输输出出脉脉冲冲信信号

3、号所所决决定定，整整流流电电路路的的输输出出为为直直流流电电动动机机电电枢枢的的外外加加电电压；压；直直流流电电动动机机：系系统的控制对象。统的控制对象。由系统的结构分析可知：由系统的结构分析可知：v 系统的调速方法是改变外加电压调速；系统的调速方法是改变外加电压调速；v 系统的反馈信号是被控制对象系统的反馈信号是被控制对象n本身本身;v 反馈电压和给定电压的极性相反，即反馈电压和给定电压的极性相反，即:该系统又称该系统又称转速负反馈转速负反馈调速系统。调速系统。2.工作原理工作原理 当当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态稳态。(2)调速

4、（调速（Uf不变，改变不变，改变Ug的大小）的大小）改变改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速调速.(1)稳态（稳态（Ug、Uf 不变）不变）(3)稳速（稳速（Ug不变、负载变化使不变、负载变化使Uf变化变化)当当负负载载发发生生变变化化使使速速度度发发生生变变化化后后，系系统统通通过过反反馈馈能能维维持持速速度度基基本本不不变变，这这种状态称为稳速。种状态称为稳速。3.静特性分析静特性分析 目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。静特性表示出静特性表示出电动机的转速与

5、负载电流之间的大小关系。电动机的转速与负载电流之间的大小关系。(1)各环节输入输出的关系各环节输入输出的关系 电动机电路电动机电路 式中式中:电枢回路的总电阻；电枢回路的总电阻；可控整流电源的等效内阻；可控整流电源的等效内阻；电动机的电枢电阻。电动机的电枢电阻。可控硅和触发电路可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为设可控硅和触发电路的放大倍数为K2 ，则：，则：放大器电路放大器电路 设放大器的放大倍数为设放大器的放大倍数为KP ，则：，则：反馈电路反馈电路 速度反馈信号电压与转速速度反馈信号电压与转速n 成正比，设放大系数为成正比，设放大系数为Kf，则：，则：(3)分析与结论分析与结

6、论 理想空载转速理想空载转速 在给定电压一定时，有在给定电压一定时，有:转速降转速降 如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即，如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即，闭环系统所需的给定电压闭环系统所需的给定电压要比开环系统高（）倍，所以在仅有转速要比开环系统高（）倍，所以在仅有转速负反馈的的单闭环系统中，若突然失去转速负反馈，可能造成严重的事故。负反馈的的单闭环系统中，若突然失去转速负反馈，可能造成严重的事故。如将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即：如将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即：在同样的负载电流下，闭环系统的转速降仅为开环系统转速降的在同样的负载电流下，闭

7、环系统的转速降仅为开环系统转速降的倍，机械特性的硬度提高，系统的静差度减少倍，机械特性的硬度提高，系统的静差度减少 调速范围与静差度调速范围与静差度 在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，开环：开环：闭环闭环：闭环系统的调速范围为开环系统的（）倍闭环系统的调速范围为开环系统的（）倍提高闭环系统的开环放大倍数是减小静态转速降落，扩大调速范围的有效提高闭环系统的开环放大倍数是减小静态转速降落，扩大调速范围的有效措施，但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定的现象。措施，但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定的现象。

8、结论：结论：由由于于放放大大倍倍数数不不可可能能为为无无穷穷大大，即即静静态态速速降降不不可可能能为为0，因因此此，上上述述系系统统只只能能维维持持速速度度基基本本不不变变。这这种种维维持持被被调调量量（转转速速）近近于于恒恒值值不不变变，但但又又具具有有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。变化、晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速

9、的影响。提高系统的开环放大倍数提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。施。系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。(2)工作原理工作原理 稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。在给定电压在给定电压Ug一定时，其调整过程如下：一定时，其调整过程如下：电压负反馈系统的特点电压负反馈系统的特点:线路

10、简单线路简单 稳定速度的效果并不大稳定速度的效果并不大 电动机端电压即使由于负反馈的作用而维持不变，但是负载增加时，电电动机端电压即使由于负反馈的作用而维持不变，但是负载增加时，电动机电枢内阻所引起的内阻压降仍然要增大，电动机速度还是要降低。或者动机电枢内阻所引起的内阻压降仍然要增大，电动机速度还是要降低。或者说电压负反馈，顶多只能补偿可控整流电的等效内阻所引起的速度降落。说电压负反馈，顶多只能补偿可控整流电的等效内阻所引起的速度降落。2.电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 (1)系统特点系统特点 RP为电压反馈检测元件，并接在电动机电枢两端，其上的电压大

11、为电压反馈检测元件，并接在电动机电枢两端，其上的电压大小直接反映电动机电枢两端电压的大小，故称电压反馈；小直接反映电动机电枢两端电压的大小，故称电压反馈；R为电流正反馈检测元件，串接在电动机电枢回路中，其上的电为电流正反馈检测元件，串接在电动机电枢回路中，其上的电压大小直接反映电动机电枢电流的大小，故称电流反馈。压大小直接反映电动机电枢电流的大小，故称电流反馈。系统的总反馈电压系统的总反馈电压 因为反馈电压因为反馈电压UV的极性与给定电压的极性相反，故称的极性与给定电压的极性相反，故称电压负反馈电压负反馈，反馈电压反馈电压UI的极性与给定电压的极性相同，故称的极性与给定电压的极性相同，故称电流

12、正反馈电流正反馈。要使系统稳定运行，系统总的反馈特性必须呈现出负反馈的性质。要使系统稳定运行，系统总的反馈特性必须呈现出负反馈的性质。从电动机电枢回路电势平衡关系知从电动机电枢回路电势平衡关系知 上式如果满足下列条件上式如果满足下列条件系统具有转速反馈的特性。系统具有转速反馈的特性。IO=1.35IaNIao=(23)IaN 当负载正常，电枢电当负载正常，电枢电流在一定范围内（如小于流在一定范围内（如小于1.35倍的额定电流），电流倍的额定电流），电流截止负反馈不起作用；截止负反馈不起作用；当负载增加使电枢电流超过一定数当负载增加使电枢电流超过一定数值（如额定电流的值（如额定电流的1.35倍）

13、时，电流负反倍）时，电流负反馈开始起作用，减小电动机电枢外加电馈开始起作用，减小电动机电枢外加电压，使转速下降；压，使转速下降；当负载继续增加使电枢电流超过一定值（大于额当负载继续增加使电枢电流超过一定值（大于额定电流的定电流的23倍）时，电流负反馈足够强，它足以将给倍）时，电流负反馈足够强，它足以将给定信号的绝大部分抵消掉，使电动机速度降到零，电定信号的绝大部分抵消掉，使电动机速度降到零，电动机停止运转，从而起到保护作用。动机停止运转，从而起到保护作用。因因为为只只有有当当电电流流大大到到一一定定程程度度反反馈馈才才起起作作用用，故故称称电电流流截截止止负负反反馈馈。这这种种特特性性因因它它

14、常常被被用用于于挖挖土土机机上上，故故又又称称“挖土机特性挖土机特性”。（3）工作原理）工作原理 当电流小于转折点的电流时，反馈电压当电流小于转折点的电流时，反馈电压UIUb ,二极管二极管V导通，电流反馈导通，电流反馈UI与与Ub 比较比较后反馈到输入端一起控制电动机，使其转速下降；后反馈到输入端一起控制电动机，使其转速下降；当电流等于堵转点的电流时，电流反馈当电流等于堵转点的电流时，电流反馈UI与与Ub 比较后反馈到输入端的电压能够抵消，比较后反馈到输入端的电压能够抵消，此时电动机的转速为零，电流不再增加；此时电动机的转速为零，电流不再增加；如果电流下降到小于堵转点的电流，转速则上升；如果电流下降到小于堵转点的电流，转速则上升；3.采用两套晶闸管变流器的可逆线路采用两套晶闸管变流器的可逆线路线路分为有环流和无环流线路分为有环流和无环流(逻辑无环流逻辑无环流，错位无环流错位无环流)两种两种。共阴极组的共阴极组的1角由角由90逐渐逐渐减小减小整流状态整流状态共阴极组的共阴极组的1角由角由18090逐渐减小逐渐减小逆变状态逆变状态共阳极组的共阳极组的2角由角由18090逐渐减小逐渐减小逆变状态逆变状态共阳极组的共阳极组的2角由角由90逐渐逐渐减小减小整流状态整流状态